Ученые определили лучшие субстраты для выращивания бактерий, очищающих сточные воды от фосфатов

Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН выяснили, что бактерии Accumulibacter, используемые для очистки сточных вод от фосфатов, способны расти на многих органических субстратах, включая органические кислоты и аминокислоты. При этом наиболее легким для «усвоения» оказался ацетат — соль летучей органической кислоты. Использование бактериями этих субстратов сопровождалось «жадным поглощением» фосфатов из среды. Полученные данные помогут подобрать оптимальные условия для выращивания бактерий, участвующих в очистке сточных вод от фосфоросодержащих загрязнителей. Результаты исследования опубликованы в журнале Water.

Для очистки сточных вод от фосфатов, попадающих туда в составе моющих средств и сельскохозяйственных удобрений, часто используются бактерии из родов Accumulibacter, Tetrasphaera и Dechloromonas. Эти микроорганизмы способны в больших количествах поглощать соединения фосфора из окружающей среды и накапливать их внутри клеток. Эффективность поглощения фосфора при этом зависит от того, достаточно ли бактериям питательных веществ, а именно органических соединений, например аминокислот или солей летучих жирных кислот (бутирата, ацетата и пропионата). Однако до сих пор остается неизвестным, какие органические вещества пригодны для микроорганизмов, удаляющих фосфаты из сточных вод, а потому создают наилучшие условия для бактериальной очистки.

Ученые ФИЦ Биотехнологии РАН исследовали микробные сообщества, в состав которых входили микроорганизмы Accumulibacter, чтобы понять, какие субстраты лучше всего подходят для роста этих бактерий и повышения их способности накапливать фосфор. Авторы меняли состав питательных сред, варьируя органические соединения, служившие для бактерий источником углерода и энергии: соли летучих жирных кислот (ацетат, пропионат, бутират и формиат), аминокислоты (глутаминовая, аспарагиновая кислоты, аланин, серин, треонин, лизина и глицин), глюкозу, этанол, сукцинат, пируват, глицерин и триптон и измеряли количество накопленного бактериями фосфора. Одновременно измеряли и скорость дыхания бактерий. Скорость дыхания говорит о том, насколько интенсивно в клетках идут биохимические превращения. Так, если бактерии поглощают много кислорода из питательной среды, значит, они активно потребляют тот источник энергии, который в ней содержится. Если нет, то используемый субстрат плохо подходит микроорганизмам для жизни.

Эксперименты показали, что бактерии Accumulibacter способны быстро использовать 8 из 17 исследованных органических веществ в качестве источника энергии, однако среди них есть более и менее предпочтительные для этого микроорганизма. Так, активнее всего культура поглощала кислород и накапливала фосфор в присутствии солей летучих жирных кислот, причем на ацетате поглощение кислорода было выше, чем на других субстратах.

«Хотя многие проверенные нами субстраты утилизируется бактериями Accumulibacter несколько хуже, чем традиционно используемый ацетат, их добавление также приводит к значительному поглощению фосфатов. Выявленные нами новые субстраты можно считать приемлемыми для будущего использования в целях биологической очистки сточных вод от фосфора», — рассказывает Николай Пименов, доктор биологических наук, заведующий лабораторией реликтовых микробных сообществ ФИЦ Биотехнологии РАН.